DE10106231C1 - Verfahren zum haftfesten Aufbringen einer Druckschicht auf die Oberfläche eines aus Kunststoff hergestellten Zahnbürstenteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum haftfesten Aufbringen einer Druckschicht (7) auf die Oberfläche (4) eines aus Kunststoff hergestellten Zahnbürstenteils (2), wobei die Druckschicht (7) auf die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) aufgelegt und/oder angedrückt wird. Nach der Erfindung besteht das Zahnbürstenteil (2) einerseits aus Polyoxymethylen (POM). Andererseits wird nach dem Auflege- und/oder Andrückvorgang die Druckschicht (7) mittels Heißluft- oder Flammbehandlung von außen kurzzeitig derart beaufschlagt, daß die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) leicht zu schmelzen beginnt und eine feste Verbindung zur Druckschicht (7) herstellt. Durch die Erfindung wird erreicht, daß auch aus POM hergestellte Kunststoffspritzteile mit auf Folien (5) aufgedruckten Druckschichten (7) kratzfest und abriebfest befestigt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum haftfesten Aufbringen einer Druckschicht auf die Oberfläche eines aus Kunststoff hergestellten Zahnbürstenteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP-0 114 411 A2 ist bereits eine Zahnbürste bekannt, an deren einem Griffende eine Verdickung zum Aufkleben von Etiketten ausgebildet ist. Wie und mit welchen Mitteln die Etiketten aufgeklebt werden, wird hier nicht näher beschrieben.

Aus der DE 196 16 154 A1 ist ebenfalls eine Zahnbürste bekannt, bei der der Zahnbürsten­ körper aus Polyoxymethylen (POM) besteht. Über das Aufbringen einer Druckschicht auf dem Zahnbürstenteil werden hier keine näheren Angaben gemacht.

Schließlich ist noch aus der DE 44 05 764 A1 eine Gehäusewand eines Gehäuses für ein Gerät des persönlichen Bedarfs bekannt, bei dem in allgemeiner Form beschrieben ist, wie man zwei verschiedene Kunststoffteile, z. B. durch Verschmelzen, miteinander verbinden kann. Auch hier wird über das Aufbringen einer Druckschicht auf der Gehäusewand nichts erwähnt.

Bisher wird von der Anmelderin selbst die Bedruckung bzw. Dekoration sowohl von manuel­ len als auch von motorgetriebenen Handzahnbürsten auf Materialien durchgeführt, die auf­ grund ihrer molekularen Struktur (polare Gruppen) eine ausreichende Haftung der Bedruc­ kung ermöglichen. Solche Werkstoffe sind z. B. ABS, PBT oder PP, die dies mit oder ohne entsprechende Vorbehandlung durch z. B. oxidierende Flammbehandlung ermöglichen. Die Druckschicht ist dabei zur besseren Haftung vorzugsweise mit einem Kleber beaufschlagt bzw. in die Druckfarbe ist der Kleber eingebettet. Die so hergestellte Druckschicht wird auf der einen Seite mit einer Trennschicht, vorzugsweise aus Wachs, beaufschlagt und mit die­ ser auf eine vorzugsweise aus Polyester hergestellte Folie aufgebracht. Auf diese Folie wer­ den, wie beschrieben, hintereinander angeordnete einzelne Druckschichten in Form von Bildern aufgebracht, die dann zu einer Rolle zusammengerollt werden. Die so hergestellte Rolle weist dann viele hintereinander und mit Abstand voneinander angeordnete Bilder als Druckschichten auf, die dann auf beliebige Kunststoffzahnbürstenkörper aufgedruckt werden können.

Zum Bedrucken von Zahnbürstenteilen wird die Folienrolle etwas aufgerollt und das für ein Zahnbürstenteil bestimmte Bild wird auf die zu bedruckende Oberfläche derart aufgelegt, daß die nicht bedruckte Seite der Folie nach außen zeigt, während die Druckschicht auf der Oberfläche des Zahnbürstenteils anliegt. Auf die nicht bedruckte Folienoberfläche wird an­ schließend ein beheizter Druckstempel aufgesetzt, der seine Temperatur an die Folie, an das Wachs, an die Druckschicht und auf die Oberfläche des Zahnbürstenteils abgibt. Bei der Erwärmung ermöglicht die Trennschicht nach Entfernen des Druckstempels, daß die Folie von der Druckschicht entfernt werden kann, während die Druckschicht selbst aufgrund der einwirkenden Temperatur vom Kleber an der Oberfläche des Zahnbürstenteils fest geklebt ist.

In der Praxis hat sich nun herausgestellt, daß, wenn man Kunststoffzahnbürstenteile höherer Festigkeit benötigt, die Festigkeit der oben genannten Werkstoffe nicht mehr ausreicht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn man bei einer elektrisch betriebenen Zahnbürste An­ triebs-, Lager- oder Fixierteile fest und sicher im Gehäuseteil befestigen, verpressen oder gar drehbar lagern will. Bei ABS, PBT oder PP kann es nämlich leicht vorkommen, daß bei­ spielsweise ein Preßsitz, eine Lagerstelle oder sonst welche im Zahnbürstenteil integrierte Bauteile, dann nicht dauerhaft halten.

Verwendet man beispielsweise den festeren, zäheren und biegesteiferen Werkstoff Po­ lyoxymethylen (POM), so erfüllt zwar dieser die geforderten Festigkeitswerte, die zur Fixie­ rung der Getriebeteile erforderlich sind, dieser Werkstoff hat aber den Nachteil, daß man die bekannten Druckschichten nicht ohne weiteres auf der Oberfläche aufkleben oder sonst wie formstabil und kratzfest befestigen kann, weil kein Haftverbund der Bedruckung zur Sub­ stratoberfläche entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannte Bedruckung auch bei Zahnbürstenteilen zu ermöglichen, die aus POM (Polyoxymethylen) hergestellt sind. Dabei soll die Druckschicht auf der Oberfläche des Zahnbürstenteils leicht aufbringbar sein, kratzfest, gegen in der Zahnpflege angewendete Chemikalien resistent und farbecht sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung wird es möglich, auch Druckschichten, die auf den bekannten Poly­ esterfolien aufgebracht sind, auf die Oberfläche von aus POM hergestellten Zahnbürsten­ teilen kratzfest und sicher aufzubringen. Durch die Heißluft- oder Flammbehandlung wird die Oberfläche des Zahnbürstenteils derart erhitzt, daß diese auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes, der bei POM bei ca. 166°C liegt, kurzzeitig erhitzt wird. Dabei beginnt die Oberfläche des Kunststoffmaterials zu schmelzen und die Druckschicht geht nach Erkalten des Kunststoffteils eine innige Verbindung mit der Oberfläche ein. Diese Verbindung geht soweit, daß, wenn man beispielsweise die Druckschicht abkratzen will, dies nur dann mög­ lich ist, wenn man dabei auch gleichzeitig POM-Material von der Oberfläche des Zahnbür­ stenteils abkratzt. Es entsteht also eine absolut kratzfeste bedruckte Oberfläche des Zahn­ bürstenteils. Bei diesem Verfahren muß allerdings darauf geachtet werden, daß die Erhit­ zung der Oberfläche des Zahnbürstenteils bis zur gewünschten Temperatur in kurzer Zeit erfolgt, weil ansonsten das ganze Zahnbürstenteil sich zu stark erwärmen würde und sich dann bleibend verformen würde.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 sollte insbesondere bei dünnwandigen Kunststoffteilen die Oberflächentemperatur bei ca. 160 bis 200°C, vorzugsweise bei ca. 166 bis 170°C liegen.

Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 3 soll die Aufheizzeit zum Erreichen der ge­ wünschten Oberflächentemperatur etwa zwischen 0,2 bis 2 Sekunden liegen. Hierdurch wird gewährleistet, daß dem Werkstoff POM genug Zeit bleibt, sich an der Oberfläche kontinuier­ lich zu erwärmen, daß ihm aber keine Zeit bleibt, sich über die ganze Wandstärke hindurch zu erhitzen, um ein Verformen zu vermeiden. Verwendet man kürzere Aufheizzeiten als 0,2 Sekunden, so müßte, um eine Oberflächentemperatur von etwa 166°C zu erreichen, die Aufheiztemperatur so hoch gewählt werden, daß bereits eine Verbrennung und somit Be­ schädigung der Oberfläche des Kunststoffteils eintreten könnte. Dies ist allerdings wiederum nicht gewünscht.

Die optimale Oberflächentemperatur liegt etwa bei 166°C. Heißluft kann mittels eines Heiß­ luftgebläses oder sonstiger Heißluft erzeugenden Einrichtungen erzeugt werden. Bei einer Flammbehandlung wird kurzzeitig die Flamme oder deren heißes Abgas auf die Oberfläche des Zahnbürstenteils gerichtet, allerdings besteht hier leicht Überhitzungsgefahr. Bei Versu­ chen wird diejenige Zeit ermittelt, die benötigt wird, um mit einer vorgegebenen Warmluft­ stromeinrichtung und einem vorgegebenen Kunststofformteil gerade die Schmelztemperatur von POM an der Oberfläche zu überschreiten. Sobald diese Temperatur erreicht ist, greift die geschmolzene Oberfläche des Zahnbürstenteils in die Druckschicht ein und es entsteht ein inniger formfester Verbund. Die Kratz- und Klebefestigkeit der Druckschicht auf dem Zahnbürstenteil wird damit optimal erfüllt. Eine derartige auf dem Zahnbürstenteil aufge­ brachte Druckschicht ist auch gegenüber den im Mundbereich angewendeten Chemikalien, wie Zahnpasta, Mundwasser oder sonstigen Mitteln, absolut widerstandsfähig und abrieb­ fest.

Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 4 läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach bei Zahnbürstenteilen für elektrische Zahnbürsten anwenden; es kann aber auch genau so gut für Zahnbürstenteile manuell bedienbarer Zahnbürsten angewendet werden (Anspruch 5).

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 wird in an sich bekannter Weise das Ablö­ sen der Druckschicht von einer Folie und Aufbringen dieser auf die Oberfläche eines Kunst­ stoffspritzteiles einer Zahnbürste auf einfache Weise beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei allen Formteilen aus Kunststoff verwendet werden, die aus dem Werkstoff POM gespritzt wurden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein rohrförmiges Zahnbürstenteil, an dessen Oberfläche eine mit einer Druckschicht versehene Folie aufgelegt ist und die in einem ersten Bedruckungsschritt von außen von einem beheizten Druckstempel mit Wärme be­ aufschlagt wird,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1, wobei allerdings nach der Erwärmung der Folie und Wegschwenken des Druckstempels die Folie von der Druckschicht entfernt wurde und nun die Druckschicht mit Heißluft beaufschlagt wird und

Fig. 3 einen Längsschnitt gemäß Fig. 2, allerdings nach Beendigung des Verfahrens.

Zunächst ist zu bemerken, daß die Dicken- und Durchmesserabmessungen der Druck­ schichtfolie 1 gegenüber den Abmessungen des Zahnbürstenteils in den Figuren völlig über­ zogen sind und nicht im geringsten den wirklichen Abmessungen entsprechen. Die Darstel­ lung wurde aber deshalb so gewählt, damit man besser die sehr dünnen Schichtteile der Druckschichtfolie 1 erkennen kann und dabei das Zahnbürstenteil 2 aufgrund seiner im Durchmesser hundertfach dickeren Abmessungen nicht aus dem Zeichnungsfeld läuft.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein als Kunststofformteil dargestelltes Zahnbürstenteil 2 dargestellt, das aus einem Rohr mit einer Bohrung 3 besteht. In dem Rohr 3 verlaufen in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebsteile, die zum Antrieb eines Zahnbürstenkopfes dienen, der an einem freien Ende des Zahnbürstenteils 2 ausgebildet ist. Das andere Ende des Zahnbür­ stenteils 2 bildet die Kupplungsverbindung zu einem in der Zeichnung ebenfalls nicht darge­ stellten dargestellten elektrischen Antriebsteil für das elektrisch betriebene Zahnbürstenteil 2.

Nach Fig. 1 ist auf die Oberfläche 4 eine Druckfolie 1 gelegt, die im wesentlichen aus vier Schichten besteht. Die äußere Schicht ist eine vorzugsweise aus Polyester hergestellte Trä­ gerfolie 5, die als Trägerschicht für die gemäß Fig. 1 darunterliegenden Schichten 6, 7, 8 dient. Die Folie 5 ist aus transparentem, sehr dünnem Bandmaterial hergestellt und an sei­ ner Unterseite 9 mit einer aus Wachs hergestellten Trennschicht 6 beschichtet. An die Trennschicht 6 schließt sich die eigentliche Druckschicht 7 an, die im kalten Zustand der Druckfolie 1 eine innige Verbindung mit der Trennschicht 6 herstellt. An die Druckschicht 7 schließt sich eine Klebeschicht 8 an, die die Klebeverbindung zur Oberfläche 4 des Zahn­ bürstenteils 2 herstellt. Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß die Klebeschicht 8 nicht eine eigene Schicht bildet, sondern daß der Kleber in die Druckschicht 7 förmlich eingebettet ist und beim Klebevorgang austritt und den Klebekontakt zur Oberfläche 4 herstellt.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Stück der Druckfolie 1 um die Oberfläche 4 des Zahnbürsten­ teils 2 gewickelt bzw. sie umschlingt mindestens die Hälfte des Umfangs der Oberfläche 4. Aus diesem Grunde ist auch in Fig. 1 der untere Teil der Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 mit der Druckfolie 1 bedeckt.

In Fig. 1 liegt an der Außenfläche 10 der Folie 5 ein beheizter Druckstempel 11 an, der zum Aufbringen der Druckschicht 7 auf die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 dient. In Fig. 2 wurde bereits der Druckstempel 11 entfernt und es wurde bereits die Folie 5 von der Druck­ schicht 7 abgezogen, wobei die Trennung durch die Trennschicht 6 ermöglicht wurde. Da­ nach wird ein Heißluftgebläse 12 auf die Oberfläche 13 der Druckschicht 7 gerichtet.

In Fig. 3 ist dann die Druckschicht 7 nach der Heißluftbeaufschlagung fest mit der Oberflä­ che 4 des Zahnbürstenteils 2 verbunden, wobei die Klebeschicht 8 und auch Teile der Druckschicht 7 in die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 oder auch umgekehrt eingedrun­ gen sind und somit eine kratzfeste, innige Verbindung zum Zahnbürstenteil 2 bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab:
Nach Herstellung des Zahnbürstenteils 2 als Kunststoffspritzgußteil aus dem Werkstoff POM wird auf dessen verhältnismäßig glatte Oberfläche 4 ein Teil der aus einem Band bestehen­ den Druckfolie 1 mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Niederhalter aufgelegt und der­ maßen ausgerichtet, daß ein Bild der Druckfolie 1 die Oberfläche 4 bedeckt. Dabei wird die Druckfolie 1 von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Rolle abgerollt und auf der ande­ ren Seite wieder als reine Trägerfolie aufgerollt. Nach Anlegen der Druckfolie 1 auf die Oberfläche 4 fährt ein beheizter Druckstempel 11 auf die Druckfolie 1 zu und drückt diese gegen die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2. Der Druckstempel weist eine Oberflächen­ temperatur von ca. 260 bis 300°C auf.

Der Druckstempel 11 ist an seiner Bearbeitungsfläche 14 derart konturgeformt, daß er sich auch bei runden und konisch zulaufenden zylindrischen Bauteilen immer an die Oberfläche 4 des Zahnbürstenstempels 2 anlegt, wenn dieses Zahnbürstenteil 2 gemäß der Drehrichtung 15 rotiert. Auf diese Weise wird, wie bei einem Bügelvorgang, die Außenfläche 10 der Druckfolie 1 gleichmäßig erwärmt. Dabei beginnt die Trennschicht 6, die vorzugsweise aus Wachs oder anderen bei Temperatur sich verflüssigenden Werkstoffen besteht, zu schmel­ zen und gleichzeitig erwärmt sich auch infolge des Wärmedurchgangs die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2. Sobald die Trennschicht 6 ausreichend gut geschmolzen ist, hebt der Druckstempel 11 von der Außenfläche 10 der Druckfolie 1 ab und gleichzeitig löst sich die Folie 5 von der Druckschicht 7 durch Anheben der Niederhalter.

Aufgrund der thermischen Einwirkung des Druckstempels 11 wurde einerseits die Trenn­ schicht 6 verflüssigt und andererseits wurde durch die Wärmeeinwirkung die Klebeschicht 8 so aktiv gemacht, daß sie eine Klebeverbindung zu der Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 und der Druckschicht 7 herstellt. Aus diesem Grunde haftet beim Abziehen der Folie 5 von der Druckschicht 7 diese an der Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 und wird nicht von der Folie 5 mitgenommen. Die in Fig. 2 herausgenommene Folie 5 mit dem teilweise an der Unterseite 9 noch anhaftenden Wachs als Trennschicht 6 und die Pfeile 17 sollen diesen Arbeitsgang prinzipiell wiedergeben.

Nach dem Wegschwenken des Druckstempels 11 wird das so vorgedruckte Zahnbürstenteil 2 einer Heißluftgebläse- oder Flammeinrichtung 12 zugeführt bzw. unterzogen, die innerhalb von etwa 0,2 bis 2 Sekunden auf die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 und auch auf die Oberfläche 13 der Druckschicht 7 heiße Luft 16 bläst, bis die Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 zu schmelzen beginnt. Diese Temperatur liegt bei etwa 160 bis 200°C, vorzugs­ weise bei etwa 166 bis 170°C. Sobald diese Temperatur erreicht ist, diffundiert der Kleber und auch Partikel der Druckschicht 7 in die Oberfläche des aus POM hergestellten Zahnbür­ stenteils 2 ein. Nach Erkalten des Zahnbürstenteils 2 ist die Druckschicht 7 nahezu untrenn­ bar mit der Oberfläche 4 des Zahnbürstenteils 2 verbunden, wie dies Fig. 3 andeuten soll.

Nach dem Bedruckungsvorgang kann das Zahnbürstenteil 2 zu seiner Fertigmontage ge­ bacht werden, d. h., es werden nunmehr die Antriebsteile (nicht dargestellt) in der Bohrung 3 montiert.

Es wird noch erwähnt, daß anstelle von runden Zahnbürstenteilen 2 selbstverständlich auch ebene oder sonstwie geformte Flächen aus POM nach dem gleichen oben beschriebenen Klebeverfahren bedruckt werden können.

Claims (6)

1. Verfahren zum haftfesten Aufbringen einer Druckschicht (7) auf die Oberfläche (4) eines aus Kunststoff hergestellten Zahnbürstenteils (2), wobei die Druckschicht (7) zu­ nächst auf die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) aufgelegt und/oder angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnbürstenteil (2) aus Polyoxymethylen (POM) besteht und daß nach dem Auflege- und/oder Andrückvorgang die Druckschicht (7) mittels Heißluft- oder Flamm­ behandlung von außen kurzzeitig derart beaufschlagt wird, daß die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) leicht zu schmelzen beginnt und eine feste Verbindung zur Druck­ schicht (7) herstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beaufschlagte Lufttemperatur zur Heißluft- oder Flammbehandlung so groß gewählt wird, daß die zu bedruckende Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) gerade eine Temperatur zwischen 160 bis 200°C, vorzugsweise 166 bis 170°C annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Temperaturbehandlung zwischen 0,2 bis 2 Sekunden beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnbürstenteil (2) ein von einer Antriebswelle durchdrungenes Antriebsge­ häuse einer elektrischen Zahnbürste bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnbürstenteil (2) das Griffstück und/oder das Kopfstück einer manuell be­ dienbaren Zahnbürste bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschicht (7) in an sich bekannter Weise auf eine Folie (5) aufgebracht ist, daß sich zwischen der Trägerfolie (5) und der Druckschicht (7) eine vorzugsweise aus Wachs bestehende Trennschicht (6) befindet, daß die so gedruckte Folie (5) mit ihrer Druckschicht (7) auf die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) aufgelegt wird, daß anschließend mittels eines beheizten Druckstempels (11) die Folie (5) mit der Druck­ schicht (7) kurzzeitig gegen die Oberfläche (4) des Zahnbürstenteils (2) gedrückt wird, daß dabei der Druckstempel (11) eine Oberflächentemperatur von 260°C bis 300°C, vorzugsweise 270°C bis 290°C, aufweist, so daß die Trennschicht (6) schmilzt und gleichzeitig die Druckschicht (7) auf der Oberfläche (4) haftet, daß anschließend der Druckstempel (11) von der Folie (5) entfernt wird und daß danach die Folie (5) von der Druckschicht (7) und somit von dem Zahnbürstenteil (2) abgezogen wird.